著者の所属・活動拠点の国は、イタリアです。

掲載誌：Molecules

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

研究チームは、外来種のザリガニであるフクソニウス・リモスス（Faxonius limosus、英名spiny-cheek crayfish）の殻から、キチン、キトサン、キトサンを原料とするフィルムをつくり、その性質を調べました。キチンは甲殻類の殻などに含まれる多糖で、これを化学処理したものがキトサンです。キトサンは生分解性があり、フィルムの材料として食品包装などに使われてきました。著者らは、この種の殻を食品包装向けの機能性フィルムづくりに使ったのは本研究が初めてだとしています。

著者らが背景に挙げたのは、プラスチックごみの増加、食品分野などから出る廃棄物、そして外来種の広がりです。外来ザリガニは淡水の生態系を乱すとされており、焼却されるはずだったその殻を有用な素材に変えられないかというのが出発点です。

研究チームは二つの仮説を立てました。一つは、このザリガニ由来のキチン・キトサン・フィルムが市販品よりも物理化学的・機械的・生物学的に優れた性質をもつというものです。もう一つは、殻にもともと含まれる赤い色素アスタキサンチンを残した製品の方が、色素を除いた製品より抗酸化性が高いというものです。そのため、アスタキサンチンを保ったまま加工する手順の開発も目的に含めました。

何を、どのように調べたか

原料には、2022年にイタリア北西部の三つの湖（マッジョーレ湖、メルゴッツォ湖、オルタ湖）の定期調査で捕獲されたザリガニの殻を使いました。殻を洗浄・乾燥して砕いた後、塩酸で鉱物分を除き、水酸化ナトリウムでたんぱく質を減らしてキチンを得ました。通常はこの後にアセトンで色素を抜く工程がありますが、アスタキサンチンを残す試料ではこの工程を省き、温度や反応時間も抑えました。最後に濃い水酸化ナトリウム液中で約100℃、6時間加熱し、キチンをキトサンに変えました。乾燥した殻に対するキトサンの収率は15±1%でした。

フィルムは、キトサン1グラムを水100ミリリットルと酢酸2ミリリットルに溶かし、皿に流して室温で7日間乾かしてつくりました。比較対象には、市販の高分子量キトサンから同じ手順でつくったフィルムを用いました。フィルムは各配合で3回ずつ独立につくり、厚さは0.03〜0.07ミリでした。

調べた項目は、赤外分光による化学構造の確認、加熱したときの融解や重さの減り方（熱的な性質）、温度を変えながら引っ張りの力を加えて測る硬さ、水蒸気の通しやすさ、電子顕微鏡による表面の様子です。さらに、殻の色素を分光法と液体クロマトグラフィーで分析し、フィルムづくりに使う酢酸液の中で色素がどう変化するかを1・3・24時間後に調べました。抗酸化性は、DPPH法とABTS法という、試料が不安定な分子（ラジカル）をどれだけ消すかを測る2種類の試験で評価しました。

主な報告結果

ザリガニ由来キトサンのフィルムは、市販キトサンのフィルムより硬いという結果でした。40℃での貯蔵弾性率（変形に対する硬さの指標）は4.6ギガパスカルで、市販品の2.6ギガパスカルを上回りました。損失弾性率も0.49ギガパスカル対0.29ギガパスカルと高い値でした。一方、材料が硬い状態から柔らかい状態へ移る温度（ガラス転移温度）は、ザリガニ由来が98.7℃、市販品が109.2℃でした。

水蒸気の通しやすさは、ザリガニ由来のフィルムの方が市販品のフィルムより低いと報告されました。食品包装では水分が食品の劣化に大きく関わるため、著者らはこの性質を重視しています。

熱的な性質では、融解温度がザリガニ由来のフィルムで113.6℃、市販品で108.3℃でした。加熱で分解が始まる温度などは、ザリガニ由来のキチンが最も高く、次いでザリガニ由来キトサン、市販キトサン、ザリガニ由来フィルム、市販フィルムの順でした。

電子顕微鏡では、ザリガニ由来のキチンとキトサンの表面にナノサイズの繊維や孔は見られず、なめらかな膜状でした。フィルムはどちらも孔がなく、市販品のフィルムはなめらかながら大きな凝集物を含み、ザリガニ由来のフィルムは表面がざらついているものの凝集物が少ないと報告されています。

抗酸化性については、アスタキサンチンを残したザリガニ由来キトサンの粉末が、市販キトサン、色素を除いたザリガニ由来キトサン、市販キトサンのフィルムより有意に高い値を示しました。色素を除いたザリガニ由来キトサンと比べると、平均のラジカル消去活性はABTS法で140%、DPPH法で93.8%高くなりました。ただし、殻のアスタキサンチンはフィルムづくりに使う酢酸液の中で大きく分解し、24時間後でもわずかに残る程度でした。ABTS法では、キトサン粉末の方がどのフィルム試料よりも活性が高い結果でした。

この報告が示すこと

著者らは、捨てられるか焼却されるはずだった外来ザリガニの殻を、食品包装への応用が期待できるキチン、キトサン、フィルムに変える道筋を示せたと結論づけています。色抜き工程を省いて一部の温度を下げた手順は、溶剤やエネルギーの使用を減らしつつ、天然の色素を一部残せる点でも利点があるとしています。著者らはこの成果を、外来ザリガニの殻を有効利用するための概念実証であり、予備的な結果だと位置づけています。

水蒸気の通しやすさの違いについて、著者らは、両者のキトサンの分子の大きさ（分子量）と化学処理の度合い（脱アセチル化度）の違いによる可能性があると考察しています。融解温度の高さとも合わせて、ザリガニ由来キトサンは分子量が高く、脱アセチル化度はおそらく低いと推測しています。

一方で、アスタキサンチンによる抗酸化性の向上は粉末では明確でしたが、完成したフィルムでは保たれませんでした。著者らは、酢酸に溶かしてフィルムにする過程で色素が分解したことが考えられる理由だとしつつ、フィルムに残った量や放出のされ方を測る追加の検討がなければ仕組みは確かめられないとしています。また、抗菌性や、実際の包装で食品をどれだけ保てるかの評価は、今後の課題として挙げられています。

原著論文の著者・所属：Rosa Zullo（National Research Council-Water Research Institute (CNR-IRSA), Corso Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italy）、Rosaria Lauceri（National Research Council-Water Research Institute (CNR-IRSA), Corso Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italy）、Alberto Zullo（Department of Sciences and Technologies, University of Sannio, Via De Sanctis, 82100 Benevento, Italy）、Luigi Sorrentino（National Research Council-Institute for Polymers, Composites and Biomaterials (CNR-IPCB), Piazzale E. Fermi 1, 80078 Portici (Napoli), Italy）、Angela Boggero（National Research Council-Water Research Institute (CNR-IRSA), Corso Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italy）、Lyudmila Kamburska（National Biodiversity Future Center (NBFC), Piazza Marina 61, 90133 Palermo, Italy; National Research Council-Water Research Institute (CNR-IRSA), Corso Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italy）、Andrea Lami（National Research Council-Water Research Institute (CNR-IRSA), Corso Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italy）、Silvia Zaupa（National Research Council-Water Research Institute (CNR-IRSA), Corso Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italy）、Maria Oliviero（National Research Council-Institute for Polymers, Composites and Biomaterials (CNR-IPCB), Piazzale E. Fermi 1, 80078 Portici (Napoli), Italy）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Rosa Zullo, Rosaria Lauceri, Alberto Zullo, et al. New Active Biopolymers and Chitosan-Based Films from Non-Native Crayfish Shell. Molecules（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-13. DOI: 10.3390/molecules31162819. 原著ライセンス：CC BY.